DE2140056C3 - Berührungslos steuerbarer Näherungsschalter - Google Patents

Description

bei den bewegten Teilen angeordnet sein muß, da-

40 mit seine Beeinflussung ausreichend groß ist, um die gewünschten Schaltvorgänge auslösen zu können, und welches somit schon bei geringfügigen Störungen

Die Erfindung betrifft einen berührungslos Steuer- des Bctricbsablaufes der Gefahr einer mechanischen baren Näherungsschalter zur Überwachung bewegter Berührung ausgesetzt ist, an den entsprechenden Teile mit einem Oszillator mit einem in seiner 45 Stellen mit einem vorgelagerten Leiter versehen, der Impedanz durch die Annäherung der Teile veränder- im allgemeinen vor den Schaltkreisteilen des Steuerlichen induktiven oder kapazitiven Steuerelement. elementes bzw. des Näherungsschallers, spätestens

Schalter mit derartigen Steuerelementen finden seit jedoch gleichzeitig mit diesen beschädigt wird. Da längerer Zeit verbreitete Anwendung, wobei ins- nun eine Beschädigung des Leiters zur Auslösung besondere Schalter mit induktiven Steuerelementen 50 eines Störsignals führt, wird auf diese Weise ververwendet werden, die in einfacher Weise dadurch hindert, daß eine ebenfalls auf eine mechanische ausgelöst werden können, daß die Kopplung zwi- Beschädigung zurückzuführende Änderung des Aussehen zwei Spulen durch Einbringen eines Metallteils gangssignals des Steuerelementes bzw. ein Ausin das die Spulen umgebende Magnetfeld verändert bleiben einer solchen Änderung des Ausgangssignals wird, wobei die Metallteile sowohl bewegte Ma- 55 des Steuerelementes in der dem normalen Betriebsschinenleile als auch beispielsweise in einer Förder- zustand entsprechenden Weise ausgewertet wird und einrichtung bewegte metallische Gegenstände sein möglicherweise zu schwerwiegenden Fehlschaltungen können. Die durch die Änderung der Kopplung her- führt.

vorgerufene Impedanzänderung des Steuerelementes In Weiterbildung der Erfindung hat es sich ferner wird dabei im allgemeinen zum Verstimmen 60 bei einem Näherungsschalter mit einem Steuerbzw. Bedampfen eines auf Resonanz abgestimm- element in Form eines induktiv verstimmbaren ten Schwingkreises benutzt, dessen Schwingungs- Schwingkreises mit mindestens einer Spule als amplitude für die Erzeugung eines Ausgangssignals günstig erwiesen, wenn der vorgelagerte elektrische herangezogen wird. Leiter als über der Spule des Schwingkreises ange-

Da derartige Schalter häufig in komplizierten und 65 ordnete flache Spule ausgebildet ist.

entsprechend teuren Maschinen eingesetzt werden Dabei hat es sich als besonders günstig erwiesen,

sowie der Steuerung ausgeklügelter Produktions- wenn die Spule des Schwingkreises in einem einseitig

ablaufe dienen, ist es zur Vermeidung kostspieliger offenen Topfkern angeordnet ist und wenn der vor-

gelagerte elektrische Leiter in Form einer flachen Spule auf der offenen Seite des Topfkerns über der Spule des Schwingkreises angeordnet ist.

Bei einem derartigen Aufbau des Steuerelementes ist nämlich mit hoher Wahrscheinlichkeit anzunehmen, daß bei einer Zerstörung der Sachen Spule auch eine Beschädigung der Spule bzw. der Spulen des Steuerelementes erfolgt, was jedoch nicht so einfach feststellbar ist wie bei einer getrennt angeordneten Spule, die Teil einer besonderen Überwachungsschaltung des Schalters ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Hand einer Zeichnung näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Schallbild einer bevorzugten Ausführungsfonri eines berührungslos steuerbaren Näherungsschalter* gemäß der Erfindung.

Vig. 1 a ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Überwachungsschaltung für einen Näherungsschalter gemäß Fig. 1 und

F i g.2 cm spezielles Ausführungsbeispiel eines induktiven Steuerelementes mit einem vorgelagerten elektrischen Leiter für einen Näherungsschalter gemäß Fig. 1 ·

Das Schaltbild des in Fig. 1 dargestellten, berührungslos steuerbaren Näherungsschalter* gemäß der Erfindung gilt tür einen Schalter mit einem induktiven Steuerelement. Dieses Steuerelement umfaßt zwei Spulen 10 und 12, die magnetisch miteinander gekoppelt und üblicherweise, wie dies in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 14 angedeutet is*, in einem gemeinsamen Topfkern angeordnet sind. Durch an de^r Vorderseite des Topfkcms vorbeigeführte Gegenstände (mit gegenüber Luft abweichenden elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften) wird die Kopplung zwischen den Spulen 10 und 12 verändert, d. h., es ergibt sich insgesamt eine Änderung der Impedanz des Steuerelementes. Die Spulen 10 und 12 sind nun, wie aus F i g 1 deutlich wird. Bestandteile eines Schwingkreises, welcher einen Kondensator 16 und einen Transistor 18 enthält. Der Transisto^r 18 ist ein npn Transistor, dessen Basis über die Spule 12 am positiven Pol ( t-) der Versorgungsspannungsquelle, dessen Kollektor über die Parallelschaltung der Spule 10 und des Kondensators 16 ebenfalls am positiven PoI(I) der Versorgungsspannupg^quelle und dessen Emitter über einen Widerstand 20 am negativen Pol (—) der Versorgungsspannungsquelle liegt. Von dem Verbindungspunkt c des Emitters des Transistors 18 mit dem Widerstand 20 wird das hochfrequente Signal des Schwingkrtises über einen Kondensator 22 der Basis eines zweiten Transistors 24. der ebenfalls als npn-Transistor ausgebildet ist, zugeführt, die ihre Vorspannung über einen Widerstand 26 erhält, dessen der Basis abgewandtes Ende am negativen Pol (—) der Bezugspannungsquelle liegt. An diesem Pol der Bezugsspannungsquelle liegt auch der Emitter des zweiten Transistors 24, währenddessen der Kollektor über einen Widerstand 28 mit dem positiven Pol ( + ) der Bezugsspannungsquelle verbunden ist. Parallel zu dem zweiten Transistor 24 liegen ein Kondensator 30, welcher der Glättung des Ausgangssignals des zweiten Transistors 24 dient, sowie die Serienschaltung einer Zenerdiode 32 und eines Widerstandes 34, deren Verbindungs-Dunkt mit der Basis eines dritten Transistors 36 verbunden ist, dessen Emitter am negativen Pol (—) und dessen Kollektor über einen Widerstand 38 am positiven Pol(+) der Bezugsspannungsquelle liegt Der Verbindungspunkt des Widerstandes 38 und des Kollektors des dritten Transistor 36 ist mit der Basis eines vierten Transistors 40 verbunden, dessen Basis und dessen Kollektor über Widerstände 42 bzw. 44 mit dem positiven Pol (+) der Bezugsspannungsquelle verbunden sind und dessen Emitter ίο direkt am negativen Pol (—) der Bezugsspannungsquelle liegt. Der Kollektor des vierten Transistors 40 bildet den Ausgang des erfindungsgemäßen elektronischen Schalters und steht mit einer Ausgangsklemme 46 desselben in Verbindung. Der dritte und vierte Transistor 36 bzw. 40 wirken dabei in der vorstehend beschriebenen Schaltung als eine Triggerschaltung. Wird nämlich der Schwingkreis am Eingang der Schaltung gedämpft bzw. verstimmt, dann verringert sich der Stromfluß durch den zweiten Transistor 24, der in voll leitendem Zustand praktisch einen Kurzschluß darstellt, und die Spannung über dem Kondensator 30 bzw. über dem dazu parallelen Zweig aus der Zenerdiode 32 und dem Widerstand 34 steigt allmählich an. Sobald die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 32 erreicht ist, liegt an der Basis des dritten Transistors 36 ein positiveres Potential als zuvor, so daß dieser leitend wird, was zur Folge hat. daß der Transistor 40 in den gesperrten Zustand übergeht, so daß an der Ausgangsklemme 46 statt des zuvor negativen Signals nunmehr ein positives Signal auftritt.

In die vorstehend beschriebene Schaltung ist nun zwischen Punkten α und α' eine Überwachungsschaltung A eingefügt. Diese Überwachungsschaltung A ist in F i g. 1 a in ihren Einzelheiten dargestellt. Wie Fig. la zeigt, enthält die Überwachungsschaltung A einen Transistor 48, dessen Emitter direkt mit dem Punkt α' in Verbindung steht und dessen Basis und Kollektor über jeweils einen Widerstand 50 bzw. 52 mit dem Punkt α der Schaltung gemäß F i g. 1 verbunden sind. Zwischen dem Widerstand 50 und der Basis des Transistors 48 liegt ferner eine Spule 54, welche, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist, gemeinsam mit den Spulen 10 und 12 in einem Topfkern 14 angeordnet ist, deren Induktivität jedoch praktisch nicht ins Gewicht fällt, da sie lediglich als vorgelagerter Leiter dient, um bei mechanischen Beschädigungen auf der offenen Seite des Topfkerns 14 auf jeden Fall gleichzeitig mit den Spulen 10 und 12 oder noc'i vor diesen beschädigt zu werden, was zur Folge hat, daß der Basiskreis für den Transistor 48 unterbrochen wird, so daß das Prüfsignal auf der mit dem Kollektor des Transistors 48 verbundenen Ausgangsleitung 56 unterbrochen wird, was darauf zurückzuführen ift, daß der Transistor 48 bei einer Unterbrechung seiner Basisvorspannung sperrt.

F i g. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines induktiven Steuerelementes für einen elektronisehen Näherungsschalter gemäß Fig. 1. Man erkennt, daß in einem nach oben offenen Topfkern 148 zwei Spulen 150 und 152 angeordnet sind, die durch den Topfkern 148 magnetisch miteinander gekoppelt sind und den Spulen 10 und 12 in F i g. 1 entsprechen. Über diesen beiden Spulen ist nun eine sehr flache Spule 154 angeordnet, die der Spule 54 in F i g. 1 bzw. 1 a entspricht. Diese Spule ist nun Teil der Überwachungsschaltung A und wird bei

einer mechanischen Beschädigung des in F i g. 2 gezeigten Steuerelementes vor den Spulen 150 bzw. 152 oder gleichzeitig mit diesen zerstört. Dies hat zur Folge, daß die Überwachungsschaltung A anspricht und auf ihrer Ausgangsleitung 56 ein Signal erzeugt, welches in einer zentralen Uberwachungseinheit verhindert, daß ein Wechsel des Signals an der Ausgangsklemme 46 der Schaltung gemäß F i g. 1 als eine Dämpfung des Schwingkreises ausgelegt wird, während in Wirklichkeit eine Zerstörung des Steuerelementes vorliegt.

Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, auch bei andersartig ausgestalteten Steuerelementen, beispielsweise bei kapazitiven Steuerelementen oder bei Steuerelementen, die mit einer Feldplatte arbeiten, vorgelagerte elektrische Leiter, die Bestandteil einer Überwachungsschaltung sind, in ähnlicher Weise vor den lebenswichtigen Teilen des Steuerelementes anzuordnen, um auf diese Weise Fehlschlüsse aus bestimmten Ausgangssignalen des

ίο Steuerelementes bzw. des elektronischen Schalters zu vermeiden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Betriebsstörungen oder Maschinenschäden, die durch Patentansprüche: den Ausfall eines Schalters hervorgerufen werden können, im allgemeinen erforderlich, dafür Vorsorge

1. Berührungslos steuerbarer Näherungsschalter yu treffen, daß der Ausfall eines Schalters rechtzeitig zur Überwachung bewegter Teile mit einem 5 erkannt und/oder in seinen Auswirkungen unschäd-Oszillator mit einem in seiner Impedanz durch Hch gemacht wird.

die Annäherung der Teile veränderlichen in- Zur Lösung dieses Problems wurden bisher im

duktiven oder kapazitiven Steuerelement, da- allgemeinen an jeder Stelle zur Überwachung be-

durch gekennzeichnet, daß mschani- wegter Teile zwei Schalter vorgesehen, so daß bei

sehen Beschädigungen ausgesetzten Teilen des io Ausfall eines der Schalter der andere dessen

Steuerlementes (F i g. 2) räumlich ein elektrischer Funktion übernehmen konnte.

Leiter (154) vorgelagert ist, der so geschaltet ist, Diese Lösung hat nun einerseits den Nachteil, daß

daß seine Unterbrechung ein Störsigna! auslöst. in jedem Fall der doppelte Aufwand entsteht, und

2. Näherungsschalter nach Anspruch 1 mit erweist sich andererseits insbesondere dann als uneinem Steuerelement in Form eines induktiv ver- 15 sicher, wenn der Ausfall eines Schalters auf eine stimmbaren Schwingkreises mit mindestens einer mechanische Beschädigung zurückzuführen ist, von Spule, dadurch gekennzeichnet, daß der vor- der dann mit hoher Wahrscheinlichkeit auch der in gelagerte elektrische Leiter (154) als über der unmittelbarer Nähe angeordnete Reserveschalter beSpule (152,150) des Schwingkreises angeordnete troffen wird.

flache Spule (154) ausgebildet ist. 20 Ausgehend von diesem Stand der Technik, lag der

3. Näherungsschalter nach Anspruch 2, da- vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zudurch gekennzeichnet, daß die Spule (152,150) gründe, einen berührungslos steuerbaren Näherungsdes Schwingkreises in einem einseitig offenen schalter zur Überwachung bewegter Teile vorzu-Topfkern (148) angeordnet ist und daß der vor- schlagen, bei welchem es in einfacher und wirkgelagerte Leiter (154) in Form einer flachen 25 samer V/eise möglich ist, mechanische Zerstörungen Spule auf der offenen Seite des Topfkerns (148) oder das Drohen solcher Zerstörungen mit verüber der Spule (150.152) des Schwingkreises an- gleichsweise geringem technischem und wirtschaftgeordnet ist. lichem Aufwand ?u erkennen.

4. Näherungsschalter nach Anspruch 1 bis 3, Diese Aufgabe wird durch einen berührungslos dadurch gekennzeichnet, daß der vorgelagerte 30 steuerbaren Näherungsschalter der eingangs näher elektrische Leiter (154) im Basiszweig eines nor- beschriebenen Art gelöst, der erfindungsgemäß damalerweise leitenden Transistors angeordnet ist, durch gekennzeichnet ist, daß mechanischen Bevon dessen Kollektor das Störsignal bei einer Schädigungen ausgesetzten Teilen des Steuerelementes Unterbrechung des vorgelage.ten Leiters (154) räumlich ein elektrischer Leiter vorgelagert ist, der abgreifbar ist (Fig. 1 a). 35 so geschaltet ist, daß seine Unterbrechung ein Störsignal auslöst.

Bei einem erfindungsgemäßen Näherungsschalter wird also das Steuerelement, welches relativ nahe